JP6142633B2 - 車両用電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、後備用として特定負荷へ電力を供給する補助蓄電池を備え、車両の制動時に発電機に発電させ、発電させた回生電力を主蓄電池及び補助蓄電池に充電する車両用電源装置に関するものである。

従来、衝突等により主蓄電池が脱落した場合に、最低限作動する必要があるシステム等、車両の走行に関係する重要な負荷に対して、複数の電源（主電源及び補助電源等）を並列接続して、電源の冗長化を図る車両用電源装置が知られている。例えば、車両専用のネットワーク用端末通信装置で衝突時等に車両の位置を所定箇所へ通報するシステム、衝突時にドアをアンロック（ロック解除）するシステム、及び主蓄電池が脱落したときでも電子制御ブレーキを最小時間駆動可能にするシステムに対して、それぞれ後備用の補助蓄電池が設けられることがある。

また、最近、アイドルストップ機能を有する車両の鉛蓄電池の早期劣化、及びオルタネータ（車載発電機）に回生電力を発電させて充電する鉛蓄電池の早期劣化を防止する為、頻繁な充放電に対する耐久性が高い高性能蓄電池と安価な鉛蓄電池との両方を並列接続して使用することが提案されている。

特許文献１には、サブバッテリを備え、車両走行中および駐車中のバッテリ上がりを防止する車両用電源システムが開示されている。
特許文献２には、鉛蓄電池とリチウム蓄電池とを並列接続し、従来必須となっていたＤＣＤＣコンバータを不要にして十分なコストダウンを実現可能にするとともに、両蓄電池の過放電又は過充電の抑制を図った車載電源装置が開示されている。

特開２００３−２２６２０７号公報 特開２０１１−１７６９５８号公報

上述したように、近年の車両は、複数の負荷に対して、それぞれ後備用の補助蓄電池（電源）が搭載されている。この場合、負荷毎に後備用の補助蓄電池を搭載する為、搭載スペース、部材コスト及び組込工数が増大する。これを避ける為に、負荷の後備用の補助蓄電池を統合することが考えられるが、単純に必要な容量を足し合わせると、大きな蓄電池が必要となるので、十分なスペース削減及びコスト低減の効果を得ることができないという問題がある。

例えば、鉛蓄電池は、図４に示すように、ＳＯＣ（State Of Charge）の１００〜９２％が未使用の領域Ａ、９２〜８８％が推奨される使用領域Ｂ、８８％から下の領域が未使用の領域Ｃとされており、実際に使用されるのは、使用領域Ｂの４％の容量領域のみとなっている。
尚、ＳＯＣは、例えば、測定したＯＣＶ（Open Circuit Voltage；開放電圧）を目安とすることができる。

９２％から上の容量領域Ａは、過充電による発熱及び劣化促進防止等により使用されず、８８％から下の容量領域Ｃは、頻繁に充放電を繰返すことによる劣化促進防止等により使用されない。使用領域Ｂは、頻繁に充放電を繰返しても劣化度合いが小さく、蓄電池メーカが使用を推奨する容量領域であり、鉛蓄電池の残容量が容量領域Ｃ内である場合は、使用領域Ｂ迄充電した後使用するように奨められる。
このような鉛蓄電池を補助蓄電池として、制動時に発電した回生電力を利用する車両で、上述した主蓄電池が脱落した場合に、最低限作動する必要があるシステムの後備用の補助蓄電池を統合するとする。

これらのシステムが必要とする補助蓄電池の容量は、一例として、通信装置用が２Ａｈ、衝突ドアアンロック用が０．５Ａｈ、電子制御ブレーキ用が１Ａｈであり、他に、制動時に発電した回生電力を、これらの合計容量３．５Ａｈに影響を与えることなく、頻繁に充電する為の余裕容量４Ａｈが必要とされ、合計７．５Ａｈが必要である。
７．５Ａｈを上述した４％の使用領域Ｂで賄うには、７．５Ａｈ÷０．０４＝１８７．５Ａｈにより、１８７．５Ａｈ以上の鉛蓄電池が補助蓄電池として必要となり、大きな設置スペースが必要である。

また、リチウムイオン蓄電池の場合、図５に示すように、ＳＯＣの１００〜８０％が未使用の領域Ａ、８０〜４０％が推奨される使用領域Ｂ、４０％から下の領域が未使用の領域Ｃとされており、実際に使用されるのは、使用領域Ｂの４０％の容量領域のみとなっている。
因みに、上述した鉛蓄電池と同様に、各システムが必要とする容量の合計７．５Ａｈを、リチウムイオン蓄電池の４０％の使用領域Ｂで賄うには、７．５Ａｈ÷０．４＝１８.７５Ａｈにより、１８.７５Ａｈ以上のリチウムイオン蓄電池が補助蓄電池として必要である。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、特定負荷の後備用の蓄電池を統合した場合に、搭載スペース、部材コスト及び組込工数を顕著に削減できる車両用電源装置を提供することを目的とする。

第１発明に係る車両用電源装置は、車両の制動時に発電機に発電させ、発電させた回生電力を主蓄電池及び後備用の補助蓄電池に充電し、該補助蓄電池は、ＳＯＣ（State Of Charge）の容量領域として、支障なく繰返し充放電が可能な第１容量領域と、該第１容量領域の下限からＳＯＣ＝０％迄の第２容量領域とを有し、前記主蓄電池からの電力が喪失した場合に１又は複数の特定負荷へ電力を供給するように構成してある車両用電源装置において、前記第１容量領域の容量を、前記回生電力を充電する為の容量より大きくし、且つ前記回生電力を充電する為の容量、及び前記特定負荷へ電力を供給する為の容量の合計より小さくしてあることを特徴とする。

この車両用電源装置では、支障なく繰返し充放電が可能な第１容量領域と、第１容量領域の下限からＳＯＣ＝０％迄の第２容量領域とを有する補助蓄電池が、後備用として１又は複数の特定負荷へ電力を供給する。車両の制動時に発電機に発電させ、発電させた回生電力を主蓄電池及び補助蓄電池に充電する。回生電力を充電する為の容量領域、及び特定負荷へ電力を供給する為の容量領域の各容量の合計が、第１容量領域の容量より大きくしてあり、特定負荷へ供給した電気量が第１容量領域の容量を超えた場合でも、補助蓄電池を使用し続ける。

これにより、従来は、回生電力を充電する為の容量領域、及び特定負荷へ電力を供給する為の容量領域の各容量の合計を、第１容量領域の容量内に収めて、第１容量領域のみが使用されていたのに対して、回生電力を充電する為の容量領域を、第１容量領域の容量内に収め、特定負荷へ電力を供給する為の容量領域の各容量の合計を、第２容量領域の容量内に収めることもできるので、回生電力を充電する為の容量領域が、第１容量領域の容量内に収まる、より小型の補助蓄電池を使用することができる。
尚、特定負荷に電力が供給される機会は多くない（稀である）ので、繰返し充放電されると支障がある第２容量領域から特定負荷に電力が供給されても、充放電を繰返すことによる劣化促進は生じない。

本発明に係る車両用電源装置によれば、特定負荷の後備用の蓄電池を統合した場合に、搭載スペース、部材コスト及び組込工数を顕著に削減できる車両用電源装置を実現することができる。

本発明に係る車両用電源装置の実施の形態１の構成を示すブロック図である。 補助蓄電池を選択する際の選択方法を示す説明図である。 本発明に係る車両用電源装置の実施の形態２の補助蓄電池を選択する際の選択方法を示す説明図である。。 従来の補助蓄電池の使用方法を示す説明図である。 従来の補助蓄電池の使用方法を示す説明図である。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る車両用電源装置の実施の形態１の構成を示すブロック図である。
この車両用電源装置は、オルタネータ（車載発電機、交流発電機）１内で発電され整流された直流電力が、主蓄電池３に充電されると共に、車載負荷４，５等に供給される。また、オルタネータ１内で発電され整流された直流電力が、ダイオード６及びスイッチ１３を通じて補助蓄電池７に充電されると共に、ダイオード６を通じて特定負荷８，９，１０に供給される。スイッチ１３は、制御部１１により常時オン状態に制御されている。

オルタネータ１には、充電制御部２が付加され、充電制御部２は、車速情報が与えられる制御部１１からの指令に基づき、車速に応じた充電制御をオルタネータ１に施し、車両の制動時には回生電力を発電させる。
補助蓄電池７には、補助蓄電池７の温度を検出する温度検出器１２が付加され、温度検出器１２が検出した温度情報は制御部１１に与えられる。制御部１１は、与えられた温度情報が所定温度に達したときは、スイッチ１３をオフにする。

特定負荷８，９，１０は、例えば、車両専用のネットワーク用端末通信装置で衝突時等に車両の位置を所定箇所へ通報するシステム、車両の衝突時にドアをアンロック（ロック解除）するシステム、及び主蓄電池３が脱落したときでも電子制御ブレーキを最小時間駆動可能にするシステム等を含んでいる。これらは、車両の衝突等により主蓄電池３が脱落した場合に、最低限作動する必要がある機器である。

図２は、補助蓄電池７を選択する際の選択方法を示す説明図である。
補助蓄電池７は、本実施の形態１では鉛蓄電池であり、例えば、ＳＯＣの１００〜９２％が未使用の領域Ａ、９２〜８８％が、繰返し充放電に使用しても劣化し難く、推奨される使用領域（第１容量領域）Ｂである。８８〜０％の領域は、特定負荷８，９，１０に必要な電圧を供給できる領域（第２容量領域）Ｃ１、０％から下の領域は、未使用の領域Ｃ２としている。

９２％から上の容量領域Ａは、過充電による発熱及び劣化促進防止等により使用されず、８８〜０％の容量領域Ｃ１は、従来は、容量領域Ｃ２と共に、頻繁に充放電を繰返すことによる劣化促進防止等により使用されない領域である。使用領域Ｂは、頻繁に充放電を繰返しても劣化度合いが小さく、蓄電池メーカが使用を推奨する容量領域であり、鉛蓄電池の残容量が容量領域Ｃ１，Ｃ２内である場合は、使用領域Ｂ迄充電した後使用するように奨められる。

特定負荷８，９，１０が必要とする補助蓄電池７の容量は、一例として、通信装置用が２Ａｈ、衝突ドアアンロック用が０．５Ａｈ、電子制御ブレーキ用が１Ａｈであり、他に、制動時に発電した回生電力を、これらの合計容量３．５Ａｈに影響を与えることなく、頻繁に充電する為の余裕容量４Ａｈが必要とされ、合計７．５Ａｈが必要である。
これらの内、回生電力を頻繁に充電する為の容量４Ａｈは、繰返し充放電する為の耐性が必要であるので、使用領域Ｂに割当てる。その他の特定負荷８，９，１０が必要とする合計容量３．５Ａｈは、使用頻度が低く、繰返し充放電する為の耐性は必要でなく、作動する為の電圧及び容量を供給できれば良いので、容量領域Ｃ１に割当てる。

このように割当てた場合、回生電力を頻繁に充電する為の容量４Ａｈを４％の使用領域Ｂで賄うには、４Ａｈ÷０．０４＝１００Ａｈにより、１００Ａｈ以上の鉛蓄電池が補助蓄電池として必要となる。この場合、容量領域Ｃ１は、１００Ａｈ×０．８８＝８８Ａｈ＞３．５Ａｈであり、特定負荷８，９，１０が必要とする合計容量を十分賄うことができる。
これにより、従来、上述したように、補助蓄電池として必要であった１８７．５Ａｈ以上の鉛蓄電池を、１００Ａｈ以上の鉛蓄電池で代替することが可能となり、容量が約半分の鉛蓄電池を選択することができる。

このような構成の車両用電源装置では、車両の速度が減速状態のときに、制御部１１が充電制御部２に回生電力を発電するように指令し、充電制御部２は、オルタネータ１の界磁電流を通流制御して回生電力を発電させる。
発電された回生電力は、主蓄電池３に充電され、車載負荷４，５等に供給される。また、ダイオード６及びスイッチ１３を通じて補助蓄電池７に充電されると共に、ダイオード６を通じて特定負荷８，９，１０に供給される。スイッチ１３は、制御部１１により常時オン状態に制御されている。

車両の衝突等により、主蓄電池３の脱落、断線等が発生した場合、特定負荷８，９，１０は、補助蓄電池７から電力を供給され、作動することが可能である。
特定負荷８，９，１０が作動中に、過電流が流れて補助蓄電池７が過熱した場合、制御部１１は、温度検出器１２が検出した温度が所定温度に達したときは、スイッチ１３をオフにする。

図３は、本発明に係る車両用電源装置の実施の形態２の補助蓄電池７を選択する際の選択方法を示す説明図である。
補助蓄電池７は、本実施の形態２ではリチウムイオン蓄電池であり、例えば、ＳＯＣの１００〜８０％が未使用の領域Ａ、８０〜４０％が、繰返し充放電に使用しても劣化し難く、推奨される使用領域Ｂである。４０〜０％の領域は、特定負荷８，９，１０に必要な電圧を供給できる領域Ｃ１、０％から下の領域は、未使用の領域Ｃ２としている。

８０％から上の容量領域Ａは、過充電による発熱及び劣化促進防止等により使用されず、４０〜０％の容量領域Ｃ１は、従来は、容量領域Ｃ２と共に、頻繁に充放電を繰返すことによる劣化促進防止等により使用されない領域である。使用領域Ｂは、頻繁に充放電を繰返しても劣化度合いが小さく、蓄電池メーカが使用を推奨する容量領域であり、リチウムイオン蓄電池の残容量が容量領域Ｃ１，Ｃ２内である場合は、使用領域Ｂ迄充電した後使用するように奨められる。

特定負荷８，９，１０が必要とする補助蓄電池７の容量は、一例として（実施の形態１と同様）、Ｍ通信装置用が２Ａｈ、衝突ドアアンロック用が０．５Ａｈ、電子制御ブレーキ用が１Ａｈであり、他に、制動時に発電した回生電力を、これらの合計容量３．５Ａｈに影響を与えることなく、頻繁に充電する為の余裕容量４Ａｈが必要とされ、合計７．５Ａｈが必要である。
これらの内、回生電力を頻繁に充電する為の容量４Ａｈは、繰返し充放電する為の耐性が必要であるので、使用領域Ｂに割当てる。その他の特定負荷８，９，１０が必要とする合計容量３．５Ａｈは、使用頻度が低く、繰返し充放電する為の耐性は必要でなく、作動する為の電圧及び容量を供給できれば良いので、容量領域Ｃ１に割当てる。

このように割当てた場合、回生電力を頻繁に充電する為の容量４Ａｈを４０％の使用領域Ｂで賄うには、４Ａｈ÷０．４＝１０Ａｈにより、１０Ａｈ以上のリチウムイオン蓄電池が補助蓄電池として必要となる。この場合、容量領域Ｃ１は、１０Ａｈ×０．４＝４Ａｈ＞３．５Ａｈであり、特定負荷８，９，１０が必要とする合計容量を十分賄うことができる。

これにより、従来、上述したように、補助蓄電池として必要であった１８.７５Ａｈ以上のリチウムイオン蓄電池を、１０Ａｈ以上のリチウムイオン蓄電池で代替することが可能となり、容量が約半分のリチウムイオン蓄電池を選択することができる。本発明に係る車両用電源装置の実施の形態２のその他の構成及び動作は、上述した実施の形態１の構成及び動作と同様であるので、説明を省略する。

１ オルタネータ（発電機）
２ 充電制御部
３ 主蓄電池
４，５ 車載負荷
６ ダイオード
７ 補助蓄電池
８，９，１０ 特定負荷
１１ 制御部
１２ 温度検出器
１３ スイッチ
Ｂ 使用領域（第１容量領域）
Ｃ１ 領域（第２容量領域）

Claims (1)

1. 車両の制動時に発電機に発電させ、発電させた回生電力を主蓄電池及び後備用の補助蓄電池に充電し、該補助蓄電池は、ＳＯＣ（State Of Charge）の容量領域として、支障なく繰返し充放電が可能な第１容量領域と、該第１容量領域の下限からＳＯＣ＝０％迄の第２容量領域とを有し、前記主蓄電池からの電力が喪失した場合に１又は複数の特定負荷へ電力を供給するように構成してある車両用電源装置において、
   前記第１容量領域の容量を、前記回生電力を充電する為の容量より大きくし、且つ前記回生電力を充電する為の容量、及び前記特定負荷へ電力を供給する為の容量の合計より小さくしてあることを特徴とする車両用電源装置。

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